氦氙工质离心压气机气动设计及流动特性研究
发布时间：2021-01-30 07:38
随着人类的科学研究领域向深空和深海延伸,传统动力转换装置由于其自身具有能量密度低、续航时间短的缺点,无法满足使用要求。氦氙混合工质闭式布雷顿循环动力能量密度高、续航时间长,且氦氙混合工质改善了氦气较难压缩的物理性质,保留了高稳定性、无污染等诸多优点,因此应用氦氙混合工质的闭式布雷顿循环动力在未来的发展中具有广阔的前景。离心压气机作为氦氙混合工质闭式布雷顿循环的核心部件,相关的设计与流动机理研究较多,但大多是以常规空气工质离心压气机作为设计与研究对象的,而氦氙混合工质离心压气机相关设计方法及理论方面的研究较少,内部流动机理尚不清晰,尚有待进一步研究。基于上述背景,本文的主要研究内容如下:首先对氦氙离心压气机叶轮和扩压器进行了气动设计研究,研究了叶轮相对速比及扩压器壁面扩张角对压气机级性能及内部流场特性的影响,分析了全通流情况下氦氙离心压气机的性能及内部流场机理,揭示了氦氙混合工质与空气工质离心压气机设计参数选取规律的差异性和氦氙混合工质离心压气机的通流特性。其次针对离心压气机内最关键的泄漏流动问题,对氦氙离心压气机叶顶径向/轴向间隙独立变化以及间隙形态分布对间隙泄漏流动及性能产生的影响进...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
布雷顿-埃里克森循环示意图
图 1.1 布雷顿-埃里克森循环示意图 图 1.2 布雷顿-迪塞尔循环示意图Sanjay 等[15]从能量和有效性观点研究了布雷顿-迪塞尔循环的性能，其循环示意图如图 1.2 所示，该循环在任意的涡轮入口温度下，循环性能随压比增加而增加，但当压比值非常高时，循环性能随之降低，循环最大 损失环节依然为燃烧损失，其值约为 27%。Khaljani 等[16]对布雷顿循环-有机朗肯循环热电联产系统进行了多目标优化设计，优化目标为系统 效率和总成本，优化结果为循环 效率由 51.4%提升至 56.15%，系统总成本降低了 12.98%。在循环优化方面 Haseli[17]提出了两种可以应用于布雷顿循环中的多目标优化方法，分别为系统输出功率与效率无量纲优化和系统输出功率与生态函数无量纲优化方法。随后基于上述两种优化方法研究了布雷顿循环零熵产条件和在不同压气机和涡轮效率、再热器效率、循环压比以及循环温度上下限与通过最大化第一和第二优化方法所获得的结果对比。结果表明，再热布雷顿循环不能在完全可逆的条件下极限运行，且再热器效率大于 82%时，第二优化方法的效率优化可以看做是最大功率输出和第一优化方法之间的折中方案。Chen 等[20]对三种复杂循环形式重新组合进行对比研究，分析主要设计参数
哈尔滨工程大学硕士学位论文究结果及现状表明：在整体动力循环方面，国内外的研究者们一试，他们提出了基于能量、输出功率、或其他二元目标函数的多在复杂循环以及联合循环方面也提出了研究所得的见解与理论循环由于其自身具有的优秀性质，适用于国际目前的能源形势种动力要求的应用场合，具有广阔的应用前景。气机设计理论及相关的试验研究和数值模拟研究从二十世纪六心压气机设计方面，吴仲华教授于 1952 年最早提出三元流面理分解为两个准正交流面(即通常称为 S1 和 S2 流面，如图 1.3 所面上二维解相互迭代来逼近真实的三维解应用于叶轮机械设者们普遍利用，并广泛应用于离心压气机设计。
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内外特种气体的发展概况[J]. 何晖,包汉波. 深冷技术. 2017(03)
[2]2016年我国稀有气体市场概况[J]. 何晖,包汉波. 杭氧科技. 2017(01)
[3]Eckardt叶轮二次流与射流尾迹结构研究[J]. 孙志刚,胡良军,何平,李文,谭春青. 工程热物理学报. 2011(12)
[4]锂燃料电池的研究进展[J]. 纪明中. 电源技术. 2011(06)
[5]Eckardt叶轮数值计算与实验对比[J]. 孙志刚,何平,李文,胡良军,谭春青. 工程热物理学报. 2011(05)
[6]某小型离心压气机气动设计[J]. 冀国锋,殷明霞,桂幸民. 航空动力学报. 2010(03)
[7]离心压气机的叶片扩压器设计及流场分析[J]. 崔伟伟,杜建一,徐建中. 工程热物理学报. 2010(02)
[8]离心叶轮和扩压器相互作用[J]. 柳阳威,刘宝杰. 航空动力学报. 2009(12)
[9]跨音速离心压缩机叶轮分流叶片的数值研究[J]. 李廷宾,汪志远,闻苏平,胡小文,高砚佳. 流体机械. 2009(09)
[10]某小型高速离心叶轮的优化设计[J]. 周荐辉,樊未军,田晓沛,方祥军. 航空动力学报. 2009(09)
本文编号：3008524
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
布雷顿-埃里克森循环示意图
图 1.1 布雷顿-埃里克森循环示意图 图 1.2 布雷顿-迪塞尔循环示意图Sanjay 等[15]从能量和有效性观点研究了布雷顿-迪塞尔循环的性能，其循环示意图如图 1.2 所示，该循环在任意的涡轮入口温度下，循环性能随压比增加而增加，但当压比值非常高时，循环性能随之降低，循环最大 损失环节依然为燃烧损失，其值约为 27%。Khaljani 等[16]对布雷顿循环-有机朗肯循环热电联产系统进行了多目标优化设计，优化目标为系统 效率和总成本，优化结果为循环 效率由 51.4%提升至 56.15%，系统总成本降低了 12.98%。在循环优化方面 Haseli[17]提出了两种可以应用于布雷顿循环中的多目标优化方法，分别为系统输出功率与效率无量纲优化和系统输出功率与生态函数无量纲优化方法。随后基于上述两种优化方法研究了布雷顿循环零熵产条件和在不同压气机和涡轮效率、再热器效率、循环压比以及循环温度上下限与通过最大化第一和第二优化方法所获得的结果对比。结果表明，再热布雷顿循环不能在完全可逆的条件下极限运行，且再热器效率大于 82%时，第二优化方法的效率优化可以看做是最大功率输出和第一优化方法之间的折中方案。Chen 等[20]对三种复杂循环形式重新组合进行对比研究，分析主要设计参数
哈尔滨工程大学硕士学位论文究结果及现状表明：在整体动力循环方面，国内外的研究者们一试，他们提出了基于能量、输出功率、或其他二元目标函数的多在复杂循环以及联合循环方面也提出了研究所得的见解与理论循环由于其自身具有的优秀性质，适用于国际目前的能源形势种动力要求的应用场合，具有广阔的应用前景。气机设计理论及相关的试验研究和数值模拟研究从二十世纪六心压气机设计方面，吴仲华教授于 1952 年最早提出三元流面理分解为两个准正交流面(即通常称为 S1 和 S2 流面，如图 1.3 所面上二维解相互迭代来逼近真实的三维解应用于叶轮机械设者们普遍利用，并广泛应用于离心压气机设计。
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内外特种气体的发展概况[J]. 何晖,包汉波. 深冷技术. 2017(03)
[2]2016年我国稀有气体市场概况[J]. 何晖,包汉波. 杭氧科技. 2017(01)
[3]Eckardt叶轮二次流与射流尾迹结构研究[J]. 孙志刚,胡良军,何平,李文,谭春青. 工程热物理学报. 2011(12)
[4]锂燃料电池的研究进展[J]. 纪明中. 电源技术. 2011(06)
[5]Eckardt叶轮数值计算与实验对比[J]. 孙志刚,何平,李文,胡良军,谭春青. 工程热物理学报. 2011(05)
[6]某小型离心压气机气动设计[J]. 冀国锋,殷明霞,桂幸民. 航空动力学报. 2010(03)
[7]离心压气机的叶片扩压器设计及流场分析[J]. 崔伟伟,杜建一,徐建中. 工程热物理学报. 2010(02)
[8]离心叶轮和扩压器相互作用[J]. 柳阳威,刘宝杰. 航空动力学报. 2009(12)
[9]跨音速离心压缩机叶轮分流叶片的数值研究[J]. 李廷宾,汪志远,闻苏平,胡小文,高砚佳. 流体机械. 2009(09)
[10]某小型高速离心叶轮的优化设计[J]. 周荐辉,樊未军,田晓沛,方祥军. 航空动力学报. 2009(09)
本文编号：3008524
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